Co je teplotní gradient?

Teplotní gradient je postupná odchylka teploty se vzdáleností. Sklon gradientu je v materiálu konzistentní. Gradient je stanoven kdykoli dva materiály při různých teplotách jsou ve fyzickém kontaktu navzájem. Jednotky míry teplotních gradientů jsou stupně na jednotku vzdálenosti, například ° F na palec nebo ° C na metr.

Přirozeně existuje mnoho teplotních gradientů, zatímco jiné jsou vytvářeny. Největší teplotní spád na Zemi je samotná Země. Teplota jádra Země se odhaduje na asi 5 000 ° C; je to 6 650 ° F (3 700 ° C) na hranici mezi jádrem a pláštěm, zatímco teplota kůry je asi 93 ° C. Každá vrstva má teplotní gradient různého sklonu, v závislosti na tepelné vodivosti vrstvy.

Mezi Zemí a Sluncem neexistuje teplotní gradient, protože mezi nimi není atmosféra. Tepelná kapacita je schopnost materiálu udržovat teplo. Vakuum má nulovou tepelnou kapacitu.

Konvekce zničí tepelný gradient. Při zahřívání hrnce omáčky se tekutina nejblíže k hořáku stává nejžhavější. Při míchání se horká kapalina smíchá s chladnější kapalinou, teplo se rovnoměrně rozdělí a teplotní gradient se zruší.

Pokud nebude konvekční přenos tepla ponechán nepředstavovaný, způsobí to, že teplá kapalina stoupne a klesne zima, a dojde k určité cirkulaci, i když to nebude tak účinné jako aktivní míchání. V průběhu času vodivé síly přenášející teplo ze dna vytvoří rovnováhu s konvekčními silami způsobujícími cirkulaci vody. Pokud je zdroj tepla nízký, cirkulace bude pomalá, může dojít k prudkému teplotnímu gradientu a omáčka může být spálena na dně. Pokud je teplo vysoké, omáčka se bude vařit, přenos tepla konvekcí bude vysoký a teplotní gradient bude téměř nulový.

Izolace se používá k zpomalení přenosu tepla umístěním materiálu s nízkou tepelnou vodivostí vedle zdroje tepla. Izolace pomáhá udržovat teplotní gradient mezi izolovaným objektem a okolními podmínkami. Káva zůstane teplejší v pěnovém kelímku než v hliníkovém kelímku, protože pěna vede teplo méně snadno. Podobně může kávovar vypálit několik prstů, které nasbírají hliníkový pohár, protože teplotní gradient je téměř nulový a teplota vně pohárku je téměř stejná jako jeho vnitřní strana.

Aby byl stabilní, musí mít teplotní gradient konstantní zdroj tepla a dostupný chladič. Udržování konstantních gradientů je zřídka důležité, s výjimkou provádění chemických reakcí. Mnoho průmyslových procesů vyžaduje pečlivou regulaci tepla. Živá buňka musí také udržovat pečlivou regulaci tepla pro optimální výkon. Zatímco vědci chápou, jak lidské tělo jako celek udržuje teplotní gradient mezi jeho jádrem a vnějším světem, možnosti dostupné jednotlivým buňkám jsou méně jasné.